TBM施工過程中隧道排水系統的設計

孟志明 劉文曉 陳建超

（1.中鐵十局集團第一工程有限公司，山東 濟南 250000； 2.濰坊理工學院，山東 濰坊 262500）

0 引言

隨著我國隧道施工不斷往高度機械化方向的發展，盾構及TBM在隧道施工過程中的使用量也越來越多。與傳統爆破施工相比，雖然機械化施工極大地提高了施工的效率，提高了施工過程中的安全系數，但是隧道機械化施工一旦出現問題往往是災難性的，處理起來也較為困難。如施工過程中排水問題的處理就是困擾隧道施工的一個方面。

在TBM隧道施工過程中隧道內積水較為嚴重，尤其是后方管片背后來水較多，施工過程中常規處理方法為盾尾設計排水泵抽排，但隨著掘進長度增長，若壁后注漿堵漏不及時，積水會越來越多，處理越來越困難，若過程中水泵失效，設備會有較大水泡風險。常規施工過程中為抽排干凈，盾尾一般采用7.5～15kW的水泵，若前方突發涌水，設備水泡風險也較大。

青島地鐵8號線鞍山區間穿越多條破碎帶，區間臨近海邊地層水量較為豐富且部分水段具有微承壓性。施工過程中有大量巖層裂隙水匯集至開挖隧道內，導致土倉水量過大，TBM在掘進過程中大量泥渣隨水外溢至盾尾，施工過程中盾尾積渣會影響到管片拼裝，進而影響到掘進的效率。為解決該問題，項目部研究決定對水進行抽排，自主設計了一種TBM施工過程中的隧道排水系統。

1 整體設計情況

針對TBM積水風險，本單位設計了一種斷裂帶富水地層TBM施工排水系統。該系統主要由集水系統、排水支系統、應急排水系統三個子系統組成。集水系統負責將隧道內分區域的水源匯集在一塊；排水支系統負責將匯集的積水向洞門逐級外排；當TBM前端出現涌水險情時，應急排水系統負責將大量涌水積水抽排至洞外。三個子系統構成整個排水系統，如圖1所示。

圖1 TBM施工隧道排水系統示意圖

2 集水系統

集水系統由1集水箱、5集水管、11集水孔組成，如圖2所示，集水箱通過固定支架固定在管片的內壁上，集水孔通過集水軟管與集水箱連通。若集水箱背后有較大水流，水會通過集水孔、集水管匯聚到集水箱內。

圖2 集水系統示意圖

3 排水支系統

每個集水箱內部設有一套排水支系統，如圖3所示，排水支系統主要是由3排水泵、6排水軟管、7排水硬管、8水位傳感器、9自動開關組成。排水泵和水位傳感器設置在集水箱內，自動開關與水位傳感器和排水泵通過線纜連接，若排水支系統中的集水箱匯集的水達到水位上限，即觸發排水泵控制開關，排水支系統會啟動排水泵將水通過排水軟管、排水硬管排入到臨近且靠近隧道洞口的集水箱中，逐漸依次將水排出隧道，當水位排至集水箱水位傳感器下限，控制器會停止排水泵排水。

圖3 排水支系統示意圖

4 應急排水系統

應急排水系統主要是應對突發涌水或者部分排水支系統損壞，導致積水過多的突發險情，如圖4示。應急排水系統主要包括19應急排水泵、20應急排水管、21應急排水軟管、23應急排水管等。應急排水泵根據需求分別設置在TBM前端盾尾處及易匯聚積水的隧道最低點（也可根據需求在相應部位添加應急排水泵），設備內的應急排水管均設置在TBM的每節臺車走道板下部，相鄰節臺車下部的應急排水管通過應急排水軟管連接，隧道內應急排水管均設置為硬管通過抱箍連接，每個應急排水泵與應急排水軟管之間均設置單向閥以防止應急排水泵之間相互影響。隧道內應急排水硬管每隔100m設置一個球閥，以便后期硬質排水管的整修更換。當局部有較多積水影響生產時，則啟動應急排水泵，將積水通過應急排水管排至洞外。

圖4 應急排水系統

5 排水系統整體工作原理

為保證排水效果，此排水系統每隔50～100m在管片外部通過施作止水環，將管片背后的積水分割為獨立的集水區域，每個集水區設置一個集水系統，每個遠離洞口集水系統的集水箱都由帶泵的管道連通到靠近洞口的集水箱。管片背后的積水通過集水系統匯集到集水箱，集水箱中的水位達到一定高度就會觸發啟動集水箱內的抽水泵，水泵將水通過水管往靠近隧道洞口的集水箱抽排，排水系統通過此類循環，將隧道管片壁后的積水抽排至隧道外部。該系統有效地將隧道內的積水分段排出，大大地降低了TBM施工過程中積水帶來的施工風險。

6 結束語

目前該系統已應用于中鐵十局青島8號線，在使用過程中，該系統不僅很好地將管片壁厚積水導出，保證了管片外觀的干燥，而且避免了隧道滲漏積水匯集至隧道最低點，避免下坡段掘進過程中盾尾積水處理困難等問題。此外，該系統減少了隧道的后方來水，避免發生土倉內積水過多的現象，減輕了由于水多導致皮帶漏渣漏泥等情況的發生，極大地減少富水地層盾尾清泥的工作量。該系統所包含的應急排水子系統很好地規避了富水地層涌水淹沒設備的風險，不僅保證了生產過程中設備及施工的安全性，而且極大地提高了設備在富水地層中的掘進效率，解決了盾構及TBM在富水地層中因水大導致的一系列不良影響，并在生產過程中得到了較好的應用。